(4) EA-HG トナー

鈴木千秋
富士ゼロックス株式会社・技術開発本部化成品開発部・グループ長

１．はじめに（EA：乳化凝集法）へと転換する必要があった。

近年の急速なパソコン､ネットワーク化の普及によ要求項目

り、Document の市場要求はカラー化、高画質､オンデ小径化.狭粒度分布制御の限界（製造性から）

1．高画マンドへと移行している。Document の中でもフルカラー写真画質に関しては高級印刷、銀塩写真に近い高画2．小型化、高信頼枚当りコスト低減

質品位が望まれており、各社システムは勿論のこと印
字品質を左右するカラートナーの開発が積極的に行わRunコスト低減れている。特に高精細な画像出力としては潜像を忠実クリーナレスに作像する必要があり、トナーとしては益々小粒径がオイルレス進み、忠実再現を狙った活動が加速されている。
また、カラー生産性向上の強い要求により、マーキ均一安定化

ングシステムは四サイクル方式から各色毎に現像機、XERO ユニットを直列配置したタンデム方式が主流になりつつある。これはタンデム方式の課題としていた3．省エネ(color生
4．環境へのグ技術の向上及び XERO 小型化、信頼性向上､部材コスト低減により大きく改善されたことによるものである。
更に近年では高画質、高生産性と共に環境への配慮が要求されている。特に「エネルギーの使用の合理化にトナー小径化に限界→消費量低減
困難(≧6μm)
形状制御自由度に限界→低転写効率
構造制御に限界→内包材料の表面露出制御困難
低温定着性能獲得に限界製造（粉砕）エネル
ギー低減に限界

高精度カラーレジストレーション、現像機、XERO スペース確保、コスト低減が現像､転写、定着、クリーニン

従来法（混練/粉砕法）の限界

図1.電子写真要求とトナー技術（従来法トナーの限界）

３．新製法 EA：乳化凝集法トナーの特徴
図 2．に混練粉砕法と EA：乳化凝集法の比較を示す。
EA－乳化凝集法トナー
従来の混練粉砕法トナー（機械的、エネルギー消費型） （化学的、微粒子成長型）
原料混練物

サブミクロン微粒子樹脂関する法律（省エネ法）」に代表されるように消費エネルギー低減は必須である。

顔料

ワックス

粉砕

２．新製法への転換の必要性

凝集成長

上述の電子写真への要求に基づき、カラー汎用化に向けてのトナー制御技術に置き換えると図 1．のよう分級融合に表される。今後の高機能付与を考慮した場合、トナーの設計自由度を高めることは極めて重要であるが、従来の混練粉砕法では粒径、形状、構造、材料選択の観点で制御限界を有している。そこで､我々は上記制御自由度を高めるために、従来の混練粉砕法から新製法-1-

図 2.製法比較（混練粉砕法・EA：乳化凝集法）

１００ｋｐｖトナー使用量及び回収量

新製法 EA：乳化凝集法（EA 法と略す/トナーは EA
12000

トナーと略す）の特徴として、1.小粒径､狭粒度分布獲得が容易であり、その効果とし可能となる。
2.形状制御自由度が高く、システムに適合した形状を37%40%減減8000トナー量（ｇ）て①トナー消費量の低減、②高画質を達成することがトナー消費量

10000

自由に制御することが可能となり、マシンの特徴を最トナー回収量

6000
4000

68%
70%減
減

2000

大限に引き出すことができる。

03.コア/シェル構造制御により、低粘度ワックス､顔料

Conv. トナー種

EA等を内包でき、帯電、粉体特性の基本性能、システム

図 5.トナー消費量
また、EA 法の特徴である小粒径、狭粒度分布、均一適合性の要求機能を分離した制御が可能となる。
4.環境に優しい製造プロセスの実現により、省エネル

形状トナー及びトナー表面への高機能外添材料の採用ギー生産が可能となり、従来の混練粉砕法に比較し、により、高く安定した現像性、転写性を獲得し、用紙CO2発生量を約 35％削減することができる。

を選ばずスクリーン構造の劣化が少なく、ギラツキを感じさせない滑らかな階調再現、忠実再現、高画質を50
ＥＡ Ｔｏｎｅｒ
ｄ50=5.8μｍ
GSD Index＝1.214540達成した。（図 6）

FujiXerox（DP1250)
ｄ50=6.5μｍ
GSD Index＝1.253025ＪＤコート平滑紙

Volume %35201510500246810121416

トナーの粒径と粒度分布の制限から、トナーの飛び散り、スクリーンのかすれがある。

トナー粒径（μｍ）
図3.トナー粒径、粒度分布比較
図 3.にEAトナー及び混練粉砕トナーの粒径､粒度分布を示す。EAトナーは分級すること無しに 5.8μｍ、粒度分布：GSD

Index＝（D84/D16）1/2＝1.21 と狭粒度分布を得ることができ、図４、図 5 に示すようにトナー消費量を約 37％削減することが可能となった。

トナーの粒径及び形状が均一なのでトナーの飛び散り、スクリーンのかすれがなく、忠実な再現｡

図 6.EA､従来トナーの忠実再現画質比較
次に EA トナーは形状制御自由度が高いことが特徴として挙げられる。形状は、凝集粒子を合一する際の温度、時間、PH により自由に制御可能である。（図７）
形状係数
ＭＬ２/Ａ

1201301400.03

トナー消費量（g/枚）

0.0250.02

高転写性
転写・ＣＬＮ性両立域

ブレードクリーニング性0.015

図７.EA 法によるトナー形状制御

0.01

形状は球形トナーが現像性、転写性の点では有利で0.005あるが、ブレードクリーニング信頼性の点では不定形
002

468

トナー粒径（μｍ）
図4.トナー粒径と消費量(A4＠5%)の関係10に比べ劣るものである。マシンの特徴を最大限に発現させるべく、システム適性を考慮したトナー形状制御-2-が重要である。

色域拡大、およびカラ-生産性に影響を及ぼす定着工程

次に EA トナーの特徴として、コアシェル構造による機能分離設計を可能としたことである。（図 8.）での用紙剥離性と画像 Gloss、OHP 透過性の指標であるPE 値の両立である。

具体的には顔料の化学構造により帯電レベルが異な

一般的にカラー画像はトナーパイルハイトが高いたり、また顔料のトナー表面露出と化学構造から色間にめ定着後の用紙剥離性が低下し、紙詰まり、画質欠損よる帯電レベル差が大きくなってしまう。このようなあるいはホットオフセットを引き起こしてしまう。特問題に対して、EA 法によるコアシェル構造を形成するにオイルレス定着システムにおいては、用紙剥離性及ことにより、顔料を内包することができ、帯電に寄与

びホットオフセットはトナー離型能力と凝集力に左右するトナー最表面はシェル材料で構成され、内包するされるため、低粘度ワックスの添加量増量とトナーレ顔料種の影響を受け難く帯電の色間差を軽減できるこオロジーアップが必須となってしまう。そのため、上ととなる。
表面への着色剤・ワックスの露出

記 Gloss、PE 値が犠牲になってしまうことが多い。更断面に、高生産性を考慮した場合、定着工程に画像が留ま表面る時間が短くなり、受ける熱エネルギーが少なくなる。
その結果として離型剤のトナー表面へのブリード、トシェル形成なし

ナーの熱溶融が低下し、高 Gloss 画像、高 PE 値の発現が益々厳しいものと成る。

トナー断面

断面５.EA-HG トナー設計

シェル部分 表面

まず、画質課題である Gloss、HOT、PE 値、剥離性向上に関して、制御因子である樹脂分子量、凝集剤、ワシェル形成ありックス量、内部添加剤の最適化が重要であるものの、HOT と Gloss は相反関係にあり、単なる添加量、材料トナー断面種では制御しきれない。（表 1.において、制御因子に
図 8.シェル形成有無によるトナー内部、表面構造関しては上段が多い（高い、長い）、下段が少ない（低次に環境を考慮した取り組みであるが、EA法は小粒い､短い）を示し、矢印は有利な方向性を示す。）

径トナー生産時のCO2排出量削減（約 35％削減：対混

表 1.トナー特性と制御因子一覧

練､粉砕法）が可能となっている。従来､混練粉砕法は特性値
PE値

粉砕エネルギーが最も高く、小粒径トナーを作成するためには多くのエネルギーを消費する事となる。EA法はサブミクロン粒子の凝集､成長､合一により､トナー粒径に依存しない。即ち、小粒径トナーを作成する上では最もエネルギー消費削減に有利な手法と考える。

HOT剥離

凝集剤量
制御因
子

内部添加剤量凝集条件(時間･温度)～

粒子を作成するために、消費エネルギーは殆どトナー

Gloss

抜
粋

Wax量
樹脂分子量 Mw
顔料種

一例をあげると、樹脂分子量 Mw を高い方向で制御
４．EA-HG トナー設計の狙い

すると、HOT と剥離に有利であるものの、PE 値、Gloss

我々が EA-HG 開発に着手した狙いは、前述の EA 法の特徴を踏襲し、更なる高画質（色再現性の拡大、高Gloss、高 PE 値）、カラー生産性向上、高信頼性を達成するためである。具体的には Green、Red の二次色の-3-に関しては不利な方向に寄与する。
図 9.に Gloss と HOT の関係を示すが、上記制御因子の添加量、時間、分子量の最適化だけでは、同一相関

線上を動くだけであり、両立には材料、ハード上のブレークスルーが必要であることを示唆している。

また Green、Red の二次色の色域拡大においては、上記トナー粘弾性の最適化と色材の一部変更及び顔料の高い最適化により二次色（特に赤）の再現性を改善し、高EA1及びMod2画質化、色再現性の拡大を実現している。また､この技

低い ＨＯＴ発生温度（ ℃）↑術により、カラー生産性アップにおいても､従来同等以上の色域、画像 Gloss を獲得した。同様にワックス内最適化により、この領域は得られるのか？

包カラートナーの課題であった OHP 透過性（PE 値）を大きく改善した。

↓低い←画像グロス→高い

５.EA-HG トナー改善効果
EA-HG の EA1 に比べての改善点を以下に示す。

上記結果を受けて、高 Gloss、広 Latitude 設計空間

まずトナーの粘弾性最適化制御により、従来の EAを得るために、機能材料であるワックス種、量、凝集トナーに比べ溶けやすく、画像表面の平滑性を可能と剤量、内部添加剤量の最適化とケミカルプロセスの精し、グロス感のある鮮やかな発色を達成している。

密制御、コア材料中の素材分散制御を行った。（図10．）

Gloss大低い←
画 G像lo Gs slo s[%s ]→ 高 い画像

図 9.HOT（ホットオフセット）と画像 Gloss の関係

807060Gloss中50PE値、粉体特性からの限界

40

大30

Off Line EA-1

設計
空間

↑剥離(T)＋15℃

Off Line EA-HG

1000↓

10低高20 ← 30用紙Gloss（％）
4050 → 60

7080

剥離(T)+10℃
小剥離力≦15gfとした際の範囲

図 12.Gloss 評価結果（用紙と画像 Gloss の関係）剥離(T)

剥離(T)+5℃
5℃

上記は同一条件での EA1 トナーと EA-HG トナーの少ない←凝集剤量→多い

Gloss 評価結果を示す。従来どおり、ビジネス文書（低図 10.画質､定着性両立に関しての設計空間Gloss 用紙）ではギラツキのない画像を提供し、写真分野トナーの粘弾性、ワックス種､量の最適化および、ワでは紙に応じた Gloss を発現する。（図 12.）ックスの精密分散制御により、画質、定着特性の設計次に色材の一部変更及び顔料量の最適化、またトナー空間を広げることを可能とし、オイルレスカラーの課粘弾性制御により二次色（特に赤、緑）の再現性を改善し、題であった用紙剥離性改善、ホットオフセット向上と高画質化、色再現性の拡大を実現している。（図 13．）

HOT発生温度（ ℃ ） 高い

画像 Gloss の両立を得た。（図 11.）↑a* vs. b*
EA-1
120
100
EA-HG
8060
Red再 現 性40向上
20G re e n 再 現 性0向上
-2 0-4 0-6 0-8 0 -6 0 -4 0 -2 0 020 40 60 80
a*b*

EA1及びMod2↓低い

WAX分散径200204060低い←画像グロス→高い80

図 11.HOT（ホットオフセット）と画像 Gloss の関係-4-

図 13.EA1 及び EA-HG 色域(a* vs.b*)また、OHP 画質は、OHP シート上のトナー画像を透過する光の量を現す PE 値(Projection Efficiency)で表現され分布､均一形状トナー）及びトナー表面への高機能外添材料の採用により実現することが可能となった。

る。OHP 透過性はワックス分散内包カラートナーの課題で一方、高生産課題を改善するためには、定着性の向上あったが、トナーの粘弾性制御とワックス分散径の最適化と定着後 Fuser Roll からの用紙剥離性能を向上することにより、同一評価条件下で EA-HG トナーは EA1 トナーにが重要であり、EA-HG トナーでは新規ワックスを採用し､ケ比べ著しく改善されている。（図 14．）

ミカルプロセス（顔料、ワックス、そして乳化重合樹脂粒子とそれら個々の材料を水溶液中で凝集、成長、更に加熱OHP透過性（PE値）させ粒子を形成する過程）をより最適なものにすることによ100
Yellow
Magenta
Cyan

PE値

8060

り、トナーコア中の分散構造の均一化を実現し、定着時の用紙剥離性能向上を獲得した。またその結果、カラーおよびモノクロにおいて高生産性を実現し、更には、トナー母40

粒子の上述の改善に加え、トナー外添剤の種類とその添20加量の最適化及びキャリアコート剤の変更を行うことにより、

0EA1

帯電、現像、転写、クリーニングに関して安定性能を獲得

EA-HG

し、XERO、定着のサブシステム適性を考慮したインタラク

トナー種

図 14．OHP 透過性（PE 値）比較結果ション課題を著しく軽減できる現像剤開発に成功した。

更に、トナー粒径設計（小粒径且つ狭粒度分布､均一形状トナー）およびトナー表面への高機能外添材料の採用

参考文献

により①高く安定した現像性、転写性を獲得及び②用紙

１） 松村、鈴木、石山、“高画質オイルレスカラーを実現の表面凹凸の影響を受けずトナーの飛び散り、スクリーンする EA トナー（乳化重合凝集法トナー）の開発” 富のかすれが少ない忠実再現を達成した。特に EA1 に比べ士ゼロックステクニカルレポート,No14．2002

トナーが溶けやすいことから、表面凹凸を有する普通紙上

２） 鈴木、石山、松村、石田、“環境負荷低減型新製法
EA トナーの開発”エコデザイン 2002 ジャパンシンポでもスクリーンの再現は明瞭である。（図 15.）

ジウム

EA1

EA-HG

３） 鈴木 “市販ケミカルトナーの分類、構成と将来展望”
2003 年第 3 回日本画像学会技術研究会
４） 石山 “新製法トナーの特徴と将来展望”2002 年第 4回日本画像学会・静電気学会ジョイントシンポジウム
５） 松村、鈴木、石山、赤木、百武、“高画質と低環境負荷を両立した乳化重合凝集法トナー（EA トナー）の技術開発,日本画像学会誌,vol42(4),P24,

図 15.スクリーン再現性比較結果

６.まとめ
EA-HG は高画質、カラードキュメント高生産性を実現し、高信頼性獲得を目的に開発を進め以下の成果を得た。
高画質の課題に関しては、色剤の一部変更とトナーの粘弾性最適化制御、トナー粒径設計（小粒径且つ狭粒度-5-